Téma ako vesmírny odpad, tisíce úlomkov letiacich všetkými smermi a ekológia vesmírneho priestoru sú reálnou témou, ktorá ovplyvňuje vesmírne lety, satelitnú komunikáciou a aj budúcnosť všetkého, čo sa týka vesmírneho dobývania. Nad našimi hlavami nelietajú len moderné družice, ktoré zabezpečujú internet, navigáciu, meteorologické dáta alebo sledovanie Zeme. Okolo planéty obieha aj veľké množstvo nefunkčných satelitov, starých raketových stupňov, krytov, úlomkov po explóziách, zvyšku po testoch zbraní a fragmentov po zrážkach. Spoločne sa označujú ako vesmírny odpad alebo orbitálne trosky. Nie je to vzdialený problém budúcnosti. Je to už existujúca vrstva technického smetiska, ktoré sa pohybuje rýchlosťou niekoľkých kilometrov za sekundu. Nie, to nie je omyl. Za sekundu. Pre ľudské oko nepredstaviteľná rýchlosť, v ktorej len drobná letiaca matica dokáže prederaviť trup vesmírnej lode, družice, solárny panel, alebo spôsobiť vychýlenie dráhy a to kedykoľvek.
Podľa aktuálnych údajov ESA sa od začiatku kozmickej éry dostalo na obežnú dráhu približne 25 920 satelitov. Podľa ESA a ďalších sledovacích organizácií sa na orbite nachádzajú desaťtisíce objektov, pričom aktívnych satelitov sú už tisíce a ich počet prudko rastie najmä kvôli veľkým komunikačným konšteláciám. To znamená, že tisíce satelitov alebo družicových telies už neplnia pôvodnú úlohu, no stále obiehajú Zem. Iné pritiahla zemská príťažlivosť a zhoreli v atmosfére, alebo sa dostali ako nálezy pokrútených plechov, ktoré trafili súš, do zberných surovín. Aj také prípady poznáme. Okrem nich sa sleduje približne 44 870 katalogizovaných objektov, ktoré zahŕňajú aj raketové stupne a väčšie úlomky. Sleduje, neustále. Vypočítavajú sa dráhy a predpokladajú kolízie. Sledujú sa tie nízke radarmi, táie vyššie teleskopmi a výpočtami aj preto, aby sa vyhodnotilo prípadné klesanie a možné dopady na Zem.
Čo všetko lieta okolo Zeme?
Najznámejšou kategóriou sú nefunkčné satelity. Niektoré sú malé, iné majú hmotnosť niekoľko ton. Medzi často spomínané veľké nefunkčné objekty patrí napríklad európsky Envisat, obrovská družica na pozorovanie Zeme, ktorá prestala komunikovať v roku 2012. Mala hmotnosť viac ako 8 ton a roky patrila medzi najrizikovejšie veľké objekty na nízkej obežnej dráhe.
Ďalším známym príkladom bol európsky ERS-2, ktorý bol vypustený v roku 1995 a ukončil činnosť v roku 2011. ESA ešte pred jeho definitívnym zánikom znížila jeho dráhu, aby sa skrátil čas, počas ktorého by predstavoval riziko. Do atmosféry vstúpil vo februári 2024 a väčšina konštrukcie zhorela nad Tichým oceánom. Jeho starší súrodenec ERS-1 však zostáva príkladom staršej techniky, ktorá sa po skončení misie môže ešte dlho pohybovať po orbite.
Veľkú časť nebezpečných objektov netvoria samotné satelity, ale horné stupne rakiet. Po vynesení družice často zostanú na obežnej dráhe ako prázdne kovové valce. Ak nie sú správne vyčerpané a odtlakované, môžu v nich zostať zvyšky paliva alebo tlakových plynov. Po rokoch môže dôjsť k explózii a jeden veľký objekt sa zmení na stovky alebo tisíce menších úlomkov.
Okolo Zeme lietajú aj diely adaptérov, kryty, skrutky, úlomky solárnych panelov, fragmenty izolácie a kúsky z predchádzajúcich kolízií. Najväčšie objekty sa dajú sledovať radarmi a teleskopmi. Menšie úlomky sú však omnoho zradnejšie. Objekt veľký len niekoľko centimetrov môže pri orbitálnej rýchlosti poškodiť alebo zničiť satelit.
Rýchlosť, ktorá mení aj malý úlomok na projektil
Satelity na nízkej obežnej dráhe sa pohybujú približne rýchlosťou 7 až 8 kilometrov za sekundu. To je okolo 25 000 až 28 000 kilometrov za hodinu. Ak sa dva objekty stretnú v protismere alebo pod veľkým uhlom, ich relatívna rýchlosť môže byť samozrejme ešte vyššia. Len na zemi majú fatálne následky nehody dvoch protiidúcich vozidiel v rýchlosti 90 km/h, takže 28 000 km/h je už ťažko predstaviteľné.
Preto vo vesmíre neplatí pozemská predstava, že malý predmet je neškodný. Úlomok veľký ako guľôčka môže pri takejto rýchlosti preraziť citlivé časti družice. Väčší fragment dokáže satelit vyradiť úplne. Ak sa zrazia dve väčšie telesá, nevznikne len jedna nehoda. Vznikne nový roj objektov, ktoré sa rozptýlia po podobných dráhach a ďalej zvyšujú riziko ďalších zrážok. Prečo podobné dráhy? V mieste rozdelenia úlomkov sa časť vydá rôznymi smermi, ktoré nekopírujú rovnaký smer. Po prelete nad Zemou má každý úlomok svoju vlastnú obežnú dráhu, ak sa dovtedy nepriblíži k Zemi tak, že by ho Zem celom pritiahla.
Presne toto je podstata obávaného Kesslerovho syndrómu. Ide o scenár, v ktorom zrážky vytvoria ďalší odpad, ten spôsobí ďalšie zrážky a určitá výšková oblasť sa môže stať dlhodobo nebezpečnou pre družice aj pilotované misie.
Kde sa vesmírny odpad nachádza?
Najvyužívanejšou oblasťou okolo Zeme je nízka obežná dráha (LEO), ktorá sa zvyčajne definuje približne do výšky 2 000 kilometrov nad povrchom planéty. V tejto oblasti sa nachádzajú pozorovacie družice, vedecké misie, časť komunikačných systémov aj Medzinárodná vesmírna stanica (ISS), ktorá obieha Zem vo výške približne 400 kilometrov. Mnohé meteorologické satelity sa pohybujú práve na nízkej obežnej dráhe, hoci časť z nich využíva aj vyššie alebo geostacionárne dráhy.
Veľmi dôležitá je aj geostacionárna dráha vo výške približne 35 786 kilometrov nad rovníkom. Na nej družica obieha Zem tak, že sa z pohľadu pozorovateľa na Zemi javí takmer nehybná nad jedným miestom. Preto je cenná pre telekomunikačné, televízne a meteorologické satelity. Staré geostacionárne družice sa po skončení prevádzky nemajú nechávať na pracovnej dráhe, ale presúvať na takzvanú cintorínsku dráhu o niečo vyššie.
Medzi týmito oblasťami sa nachádzajú ďalšie dráhy, napríklad stredná obežná dráha, ktorú využívajú navigačné systémy ako GPS, Galileo, GLONASS alebo BeiDou. Aj tam je dôležité, aby sa staré objekty nesprávali ako neriadené prekážky.
Keď sa satelity naozaj zrazili
Najznámejšou reálnou kolíziou je zrážka satelitov Iridium 33 a Kosmos 2251 z 10. februára 2009. Iridium 33 bol funkčný americký komunikačný satelit, Kosmos 2251 bol nefunkčný ruský vojenský komunikačný satelit. Zrazili sa vo výške približne 790 kilometrov nad Sibírou. Relatívna rýchlosť bola okolo 11,6 kilometra za sekundu. Výsledkom boli stovky až tisíce katalogizovaných úlomkov.
Ešte väčší problém vznikol v roku 2007, keď Čína pri protisatelitnom teste zničila meteorologickú družicu Fengyun-1C vo výške približne 865 kilometrov. Chceli sa presvedčiť, či vedia zneškodňovať satelity a čo potom nastane a presvedčili sa. Tento test vytvoril jeden z najväčších oblakov vesmírneho odpadu v dejinách. Mnohé úlomky z neho zostali na obežnej dráhe roky a časť rizika pretrváva dodnes. Skvelý test! Problém teda nie je teoretický.
Kto sleduje vesmírny odpad
Poloha väčších objektov sa sleduje nepretržite. Kľúčovú úlohu má americká sieť Space Surveillance Network, ktorú prevádzkujú zložky amerických vesmírnych síl a ktorá poskytuje údaje aj cez službu Space-Track. Sledujú sa aktívne satelity, nefunkčné satelity, raketové stupne aj väčšie fragmenty. V Európe sa téme venuje ESA, najmä jej Space Debris Office. Dôležité sú aj systémy Space Situational Awareness a Space Surveillance and Tracking, ktoré majú pomáhať pri sledovaní objektov a vyhodnocovaní rizikových priblížení.
Sledovanie však neznamená, že vieme o všetkom. Katalogizované sú najmä väčšie objekty. V nízkej orbite sa často uvádza hranica približne 10 centimetrov ako veľkosť, pri ktorej sa objekt dá spoľahlivejšie sledovať. Menšie časti môžu byť pre satelit stále nebezpečné, ale ich presná dráha sa zvyčajne nedá dlhodobo predpovedať.
Ako sa satelity vyhýbajú zrážkam
Aktívne satelity môžu dostať varovanie pred rizikovým priblížením. Prevádzkovatelia potom vypočítajú pravdepodobnosť zrážky a rozhodnú, či urobia úhybný manéver. Takéto manévre robí aj Medzinárodná vesmírna stanica. Znamená to krátke zvýšenie alebo zmenu dráhy tak, aby sa objektu vyhla.
Problém je, že nefunkčný satelit alebo starý raketový stupeň manéver neurobí. Ak sa stretnú dva mŕtve objekty, nikto ich nevie jednoducho „odtlačiť“ bokom. Preto sú najväčším rizikom práve veľké, neriadené telesá na preplnených dráhach. Moderné družice by už mali byť navrhované tak, aby po skončení misie dokázali znížiť dráhu a zhorieť v atmosfére, alebo sa presunúť na bezpečnejšiu dráhu. Nestačí však riešiť iba nové satelity. Vo vesmíre zostalo množstvo starých objektov z desaťročí, keď sa na upratovanie po misii nemyslelo tak prísne ako dnes.
Vesmírny odpad a pozorovanie oblohy
Orbitálny odpad sám osebe nie je najväčším problémom pre astronomické snímky. Väčší vplyv majú aktívne satelitné konštelácie, najmä veľké siete komunikačných družíc na nízkej orbite. Tie môžu vytvárať svetelné stopy na dlhých expozíciách, rušiť snímky širokouhlých teleskopov a komplikovať pozorovanie slabých objektov. Sami sme opakovane sledovali Mesiac, Jupiter alebo Saturn a v istom momente nás oslepil pás Starlink družíc prechádzajúcich plynulo za sebou v charakteristickom zástupe.
Pre astronómov je problém najmä počet objektov. Jedna družica na oblohe sa dá technicky zvládnuť. Tisíce alebo desaťtisíce družíc už menia charakter nočnej oblohy. Okrem optických teleskopov môžu satelitné siete ovplyvňovať aj rádioastronómiu, ak vysielajú v pásmach alebo spôsobom, ktorý zasahuje do citlivých meraní.
Vesmírny odpad teda ohrozuje najmä bezpečnosť satelitov a kozmických misií, kým veľké aktívne konštelácie predstavujú aj kultúrny a vedecký problém: menia pohľad na oblohu a pridávajú do astronomických dát ďalší zdroj rušenia. Vo vesmíre majú svoje družice telekomunikačné spoločnosti, televízne spoločnosti, armády, monitorovacie systémy, štáty, výskumné agentúry, meteorologické merania a aj účely, ktoré a približujú sci-fi.
